HVDC总结与复习课件.ppt

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1、HVDC总结与复习,HVDC总结与复习,2022/11/4,2,第一部分 高压直流输电第一章 高压直流输电基本概念第二章 换流器工作原理 第三章 换流站谐波与无功补偿 第四章 高压直流输电的控制第五章 高压直流输电的新技术及新发展,2022/10/92 第一部分 高压直流输电,2022/11/4,3,HVDC系统的组成及工作原理,组成,主要设备及其作用,优缺点,类型,换流器工作原理,特征谐波,无功补偿,换流站控制,2022/10/93HVDC系统的组成及工作原理换流母线交流,2022/11/4,4,第一章 主要内容,第一章 高压直流输电基本概念1.1 高压直流输电的发展1.2 高压直流输电的组

2、成及工作原理1.3 高压直流输电的分类1.4 高压直流输电的特点及适用场合,2022/10/94第一章 主要内容第一章 高压直流输电基本,2022/11/4,5,HVDC系统的组成及工作原理,2022/10/95HVDC系统的组成及工作原理换流母线交流,2022/11/4,6,两端直流输电系统及其分类,由两侧换流站及直流输电线路组成的交-直-交变换的系统，称为两端直流输电系统。类型：,单极双极同极 背靠背,一线一地制(单极大地回线、单极双导线并联大地回线)、两线制/单极金属回线两线一地制/双极两端中性点接地、两线制/双极一端中性点接地、三线制/双极金属中线同极 背靠背,2022/10/96两端

3、直流输电系统及其分类由两侧换流站及直,2022/11/4,7,HVDC系统构成方式,2022/10/97HVDC系统构成方式MonopolarT,2022/11/4,8,类型：单极两端直流输电系统,类型：一线一地制(单极大地回线、单极双导线并联大地回线)、两线制/单极金属回线,2022/10/98类型：单极两端直流输电系统类型：一线一地,2022/11/4,9,双极两端直流输电系统,类型：两线一地制/双极两端中性点接地、两线制/双极一端中性点接地、三线制/双极金属中线,2022/10/99双极两端直流输电系统类型：两线一地制/双,2022/11/4,10,双极系统：双极运行方式,2022/10

4、/910双极系统：双极运行方式Pole 1Po,2022/11/4,11,双极系统：单极运行、大地回路方式,2022/10/911双极系统：单极运行、大地回路方式Pol,2022/11/4,12,双极系统：单极运行、金属回路方式,2022/10/912双极系统：单极运行、金属回路方式Pol,2022/11/4,13,双极系统：单极双线并联运行、大地回路方式,2022/10/913双极系统：单极双线并联运行、大地回路方,2022/11/4,14,两端HVDC系统的典型设计方案,双极双桥,2022/10/914两端HVDC系统的典型设计方案,2022/11/4,15,换流站的主要设备,换流阀换流变

5、压器平波电抗交流开关设备交流滤波器及无功补偿装置直流开关设备直流滤波器控制与保护装置远程通信系统,2022/10/915换流站的主要设备换流阀,2022/11/4,16,HVDC的优点,技术上：1.有利于改善交流系统的稳定性2.线路故障时的自防护能力强3.调节速度快，运行可靠4.限制交流系统的短路容量5.实现交流系统的非同步联网（输电）6.同等电压等级下，输送更多的功率 可靠性： 直流输电与交流输电的可靠性相当 经济上：1. 线路造价低2. 运行损耗小3. 特别适合电缆输电,2022/10/916HVDC的优点 技术上：,2022/11/4,17,高压直流输电的缺点,1、换流站设备多、结构复杂

6、、造价高、损耗大、运行费用高；2、换流器产生大量谐波；3、换流器无功消耗量大;4、直流断路器由于没有电流过零点可以利用，灭弧问题难 以解决，给制造带来困难。 5、换流器过载能力低；6、在某些运行方式下，对地下（或海中）物体产生电磁干扰和电化学腐蚀。,2022/10/917高压直流输电的缺点1、换流站设备多、结,2022/11/4,18,HVDC的接地极问题,大地（海水）回路在HVDC中的普遍应用 接地极：故障的多发区 危险的电位梯度 电解腐蚀问题 磁场影响 ,2022/10/918HVDC的接地极问题 大地（海水）回路,2022/11/4,19,第二章 主要内容,第二章 换流器工作原理 2.1

7、 单桥整流器工作原理2.2 双桥整流器工作原理2.3 单桥逆变器工作原理2.4 双桥逆变器工作原理,2022/10/919第二章 主要内容第二章 换流器工作原理,2022/11/4,20,HVDC原理示意图,双桥换流器,2022/10/920滤波正极12脉动A端滤波负极12脉动B,2022/11/4,21,换流器组成方式,1个或多个单桥直流端串联、交流端并联构成。单桥：三相桥式全控换流电路（三相6脉动换流电路）,桥臂/阀臂/阀,桥交流端,2022/10/921换流器组成方式 1个或多个单桥直流端串,2022/11/4,22,单桥整流器的工作原理,单桥等效电路原理图,HVDC系统,2022/10

8、/922单桥整流器的工作原理单桥等效电路原理图,2022/11/4,23,电压波形（ 、 ）-单桥整流器,= 5 57粉红-uMO 蓝色-uNO 红色-uduMN ,绿色-uv3,2022/10/923电压波形（ 、 ）-单桥,2022/11/4,24,等效电路（单桥整流器）,（13）,2022/10/924 等效电路（单桥整流器）（13）+,2022/11/4,25,外特性曲线（单桥整流器）,（13）,2022/10/925外特性曲线（单桥整流器） （13）o,2022/11/4,26,单桥整流器的运行方式,工况2-3 -正常运行方式工况3 -非正常运行方式工况3-4 -故障运行方式,工况2

9、-3： 在600的重复周期中，2个阀和3个阀轮流导通的运行方式。,2022/10/926单桥整流器的运行方式 成立的条件：,2022/11/4,27,单桥逆变器的工作原理,逆变器接入HVDC系统的方式,2022/10/927单桥逆变器的工作原理逆变器接入HVDC,2022/11/4,28,单桥逆变器的运行方式,工况2-3 -正常运行方式工况3-4 -故障运行方式,工况2-3： 在600的重复周期中，2个阀和3个阀轮流导通的运行方式。,2022/10/928单桥逆变器的运行方式 成立的条件：,2022/11/4,29,电压波形（ 、 ）-单桥逆变器-带,2022/10/929电压波形（ 、 ）-

10、单桥,2022/11/4,30,逆变运行的充要条件,与交流系统相连-有源逆变；与足够大的直流电源相连；具有使在 90 180 范围内调节的控制能力。,2022/10/930逆变运行的充要条件与交流系统相连-,2022/11/4,31,换相失败,逆变器侧的熄弧阀在换相结束后重新导通的过程。,原因：过小，熄弧阀在换相结束后没有足够的时间恢复其正向阻断能力。 分类：,一次换相失败连续两次换相失败,对策：控制系统闭锁， HVDC系统短时停运。,一般，80%的一次换相失败不会发展为连续两次换相失败。,电压、阀电流波形,电压、阀电流波形,2022/10/931换相失败逆变器侧的熄弧阀在换相结束后重,202

11、2/11/4,32,电压波形（含一次换相失败）,2022/10/932电压波形（含一次换相失败）612614,2022/11/4,33,阀电流波形（含一次换相失败）,2022/10/933阀电流波形（含一次换相失败）C4C4C,2022/11/4,34,电压波形比较（单桥R和I）,2022/10/934电压波形比较（单桥R和I）345678,2022/11/4,35,电压波形比较（单桥R和I）,= 5 57 ，180= 123 175,2022/10/935电压波形比较（单桥R和I）= 5,2022/11/4,36,等效电路（单桥逆变器）,2022/10/936 等效电路（单桥逆变器）+（a）

12、,2022/11/4,37,外特性曲线（单桥逆变器）,2022/10/937外特性曲线（单桥逆变器）Ido,2022/11/4,38,双桥换流器,2022/10/938滤波正极12脉动A端滤波负极12脉动B,2022/11/4,39,双桥换流器等效电路,R,2022/10/939双桥换流器等效电路R oOia1ib,2022/11/4,40,双桥换流器的运行方式,工况4-5 -正常运行方式工况5 -非正常运行方式工况5-6 -非正常运行方式等等,导通顺序:,11 12 21 22 31 32 41 42 51 52 61 62 11 12,2022/10/940双桥换流器的运行方式导通顺序:1

13、1,2022/11/4,41,双桥换流器电压波形（理想情况）,2022/10/941双桥换流器电压波形（理想情况）oea1,2022/11/4,42,双桥换流器电压波形（正常方式）,双桥换流器等效电路,2022/10/942双桥换流器电压波形（正常方式）双桥换流,2022/11/4,43,双桥换流器的外特性-整流器,双桥整流器的外特性方程 定角的外特性方程：,（42）,等值换相电阻/比换相压降：,2022/10/943双桥换流器的外特性-整流器双桥整流器的,2022/11/4,44,双桥换流器的外特性-逆变器,双桥逆变器的外特性方程,（50）,定 角的外特性方程：,定 角的外特性方程：,（51

14、）,2022/10/944双桥换流器的外特性-逆变器双桥逆变器的,2022/11/4,45,2022/10/945,2022/11/4,46,第三章 主要内容,第三章 换流站谐波抑制与无功补偿 3.1 换流器的特征谐波3.2 换流器的非特征谐波3.3 换流站谐波抑制措施3.4 换流站无功补偿,2022/10/946第三章 主要内容第三章 换流站谐波抑制,2022/11/4,47,谐波的危害,1. 使电机、电容器等设备由于附加损耗增加而过热，缩短寿命； 2. 产生谐波放大甚至谐振，危及设备安全； 3. 引起电机机械振动； 4. 对电信设备产生干扰； 5. 使保护、控制设备误动作； 6. 降低测量

15、精度。,2022/10/947谐波的危害 1. 使电机、电容器等设备,2022/11/4,48,换流变阀侧电流特征谐波的特性,（ ）,呈正序,2022/10/948换流变阀侧电流特征谐波的特性（,2022/11/4,49,换流器AC侧特征谐波的特性-正常工况,1、谐波次数,电流波形,2022/10/949换流器AC侧特征谐波的特性-正常工况,2022/11/4,50,单桥整流电压中特征谐波的特性,1、谐波次数,HVDC系统,2、谐波电压的数值,谐波电压有效值（ ）,（40）,2022/10/950单桥整流电压中特征谐波的特性 1、谐波,2022/11/4,51,HVDC系统的谐波抑制措施,常用

16、措施：1. 增加换流器的脉动（波）数； 2. 装设滤波器,2022/10/951HVDC系统的谐波抑制措施常用措施：1,2022/11/4,52,滤波器,一、滤波器分类,按用途分类：交流滤波器、直流滤波器； 按连接方式分类：串联滤波器、并联滤波器； 按电源特性分类：有源滤波器、无源滤波器 按滤波的实现方式（按阻抗特性）分类： 单调谐滤波器、双调谐滤波器、 三调谐滤波器、高通滤波器,2022/10/952滤波器一、滤波器分类 按用途分类：交流,2022/11/4,53,二、滤波器的阻抗特性,单调谐滤波器,（48）,2022/10/953二、滤波器的阻抗特性 单调谐滤波器 （,2022/11/4,

17、54,单调谐滤波器的特点,谐振阻抗最小,(49),谐振角频率：,(50),品质因素：,通常,2022/10/954单调谐滤波器的特点 谐振阻抗最小 (4,2022/11/4,55,2022/10/955,2022/11/4,56,第四章 主要内容,第四章 高压直流输电的控制4.1 控制系统的配置4.2 基本控制原理4.3 基本控制及其控制特性4.4 改善HVDC控制特性的其他控制,2022/10/956第四章 主要内容第四章 高压直流输电的,2022/11/4,57,HVDC控制系统的配置,2022/10/957HVDC控制系统的配置,2022/11/4,58,HVDC控制系统配置的特点,特点

18、：分层控制,站 控,双极控制,阀控,系统控制,极 控,换流器控制,单独控制,2022/10/958HVDC控制系统配置的特点特点：分层控,2022/11/4,59,基本控制原理,HVDC等效电路：,外特性方程：,2022/10/959基本控制原理+_+_+_+_+_+_整,2022/11/4,60,HVDC等效电路-2,外特性方程：,2022/10/960HVDC等效电路-2+_+_+_+_+,2022/11/4,61,HVDC控制手段,触发脉冲相位控制：调节 换流变分接头控制：调节换流变分接头,HVDC控制手段：,两类控制手段比较,2022/10/961HVDC控制手段 触发脉冲相位控制：调

19、,2022/11/4,62,基本控制及其控制特性,基本控制： 保证HVDC系统正常运行所必需的最低限度的控制。包含：,定触发角控制定电流控制启停控制换流变分接头控制,定熄弧角控制定电压控制潮流反转控制,2022/10/962基本控制及其控制特性基本控制： 定触发,2022/11/4,63,定触发角控制,控制特性方程：,特点： 关于 的下倾的直线簇。 增加，向下平移。,通常：,2022/10/963定触发角控制 控制特性方程： 特点：通,2022/11/4,64,定熄弧角控制,控制特性方程：,通常：,特点： 关于 的下倾的直线簇。 增加，向下平移。,2022/10/964定熄弧角控制 控制特性方

20、程：通常： 特,2022/11/4,65,定（直流）电流控制,控制特性方程：,选 为控制对象的原因：,有效限制故障时 的上升。,的变化主要由 决定；,2022/10/965定（直流）电流控制 控制特性方程： 选,2022/11/4,66,定电流控制的配合,两站均装定电流控制,逆变站安装定电流控制的目的： 当 下降过多时，协助整流站的定电流控制，使 迅速恢复正常值。,2022/10/966定电流控制的配合 两站均装定电流控制,2022/11/4,67,定电流控制的配合,两站均装定电流控制,逆变站安装定电流控制的目的： 当 下降过多时，协助整流站的定电流控制，使 迅速恢复正常值。,2022/10/

21、967定电流控制的配合 两站均装定电流控制,2022/11/4,68,HVDC协调控制方式-1,协调控制方式-1,整流站：定（直流）电流、定最小触发角逆变站：定熄弧角、定（直流）电流,2022/10/968HVDC协调控制方式-1 协调控制方式,2022/11/4,69,协调控制方式-1的特点,在协调控制方式-1下，HVDC系统的特性：,是静稳的； 逆变器发生换相失败的风险降低； 对于弱受端AC系统，可能导致母线电压不稳定,相对于HVDC系统而言，AC系统分为：,强（AC）系统：如葛上、天广、三常、三广、贵广等 弱（AC）系统：如舟山、嵊泗,2022/10/969协调控制方式-1的特点 在协调

22、控制方式,2022/11/4,70,HVDC协调控制方式-2,协调控制方式-2,整流站：定（直流）电流、定最小触发角逆变站：定电压、定熄弧角、定（直流）电流,2022/10/970HVDC协调控制方式-2 协调控制方式,2022/11/4,71,协调控制方式-2的特点,在协调控制方式-2下，HVDC系统的特性：,是静稳的； 逆变器发生“电压不稳定”的风险降低； 正常运行时逆变器吸收的无功功率较大； 轻载时逆变器吸收的无功功率很大，无功投资增加。,适用性：弱受端（AC）系统,2022/10/971协调控制方式-2的特点 在协调控制方式,2022/11/4,72,启停控制,分类：,正常启动 正常停

23、运 故障紧急停运 （故障后的）自动再启动,为减小启停过程产生的过电压和过电流，以及对两侧AC系统的冲击，正常启停按照一定步骤顺序进行。,2022/10/972启停控制分类： 正常启动 为减,2022/11/4,73,2022/10/973,2022/11/4,74,第五章 主要内容,第五章 高压直流输电的新技术及新发展5.1 特高压直流输电5.2 强迫换相换流器5.3 轻型直流输电5.4 光直接触发晶闸管,2022/10/974第五章 主要内容第五章 高压直流输电的,2022/11/4,75,5.1.4 特高压直流输电,Ultra High Voltage Direct Current tra

24、nsmission - UHVDC,指800kV级高压直流输电系统，其系统组成形式与超高压直流输电(EHVDC)相同，但单桥个数、输送容量、电气一次设备的容量及绝缘水平等相差很大。,2022/10/9755.1.4 特高压直流输电Ultra,2022/11/4,76,一、UHVDC系统图,2022/10/976一、UHVDC系统图换流母线交流系统,2022/11/4,77,5.2 轻型直流输电,名称:,HVDC Light (ABB),HVDC plus (Siemens),轻型直流输电(中国)；柔性直流输电,VSC-HVDC: HVDC based on Voltage Source Con

25、verter,2022/10/9775.2 轻型直流输电名称: HVDC,2022/11/4,78,5.2 轻型直流输电,特点：,输送容量小（200300MW以下）；,输送距离短；,采用电压源型逆变器（由全控器件构成）,采用PWM (Pulse Width Modulation )技术,2022/10/9785.2 轻型直流输电特点： 输送容量小,2022/11/4,79,轻型高压直流输电系统结构示意图,2022/10/979轻型高压直流输电系统结构示意图,2022/11/4,80,5.4 强迫换相换流器,类型：,电容换相换流器（CCC） （不控型）,可控串联电容换相换流器（CSCC） （可控型）,2022/10/9805.4 强迫换相换流器类型： 电容换相,2022/11/4,81,2022/10/981,知识回顾Knowledge Review,祝您成功！,知识回顾Knowledge Review祝您成功！,